木制品湿度控制系统的制作方法
【专利说明】木制品湿度控制系统
[0001] 相关申请交叉参考
[0002] 不适用
[0003] 有关联邦资助研发的声明
[0004] 不适用
【背景技术】
[0005] I.发明领域
[0006] 本发明总体涉及通过控制包含木材的物品的储存环境中的湿度保护此类物品，尤 其涉及包含木材的物品，如博物馆文物和乐器。
[0007] II.相关技术
[0008] 视温度和储存环境的湿度，封闭储存的木制品会吸收和释放湿气。遗憾的是，随着 湿气含量的变化，木材会收缩和膨胀，常常永久性改变所储存的木制品的物理性质和外观， 还可能造成其损坏。例如，众所周知，在寒冷的气候里，特别是在极地炜度地区，室内湿气含 量非常低，低湿度导致木制品收缩到可能造成破坏的程度。反之，在高湿度环境里，如在赤 道地区，高湿度也会由于湿气吸收和溶胀而损坏木制品。因环境湿度方面的考虑，高价木制 品，如艺术品、乐器，甚至昂贵的运动设备，常常密封在湿度受控的环境中。对于木制品的储 存，推荐的相对湿度（RH)在40% -60%之间。
[0009] 如美国专利5, 936, 178所披露，封闭环境的相对湿度可利用湿度控制系统来稳 定，所述系统包含装有特定盐溶液的湿气渗透小袋（pouch)。也可采用某些非离子溶液，其 包含低分子量分子，如乙二醇、丙二醇、甘油、尿素 、胍、乙醇胺、单糖或糖醇。水溶液中溶质 和溶质浓度的选择决定了溶液的水活度（aw)。溶液的水活度会与周围气氛平衡，直至相对 湿度（RH)等于水活度。因此，RH百分比等于a wxl02。例如，&"为0. 75的含过量晶体的饱 和氯化钠水溶液会与封闭环境中的湿空气或干空气平衡，直至达到75%的相对湿度。
[0010] 然而，人们也发现，在建立和维持最佳相对湿度范围（40% -60% )方面最有效 的许多溶液具有不利的性质，与包装材料的化学反应性、腐蚀性，形成不利的气体，或者传 湿量（TC)(定义见下文）受到限制。例如，含过量晶体的碳酸钾饱和溶液会保持所需的 40% -60%的稳定湿度，但该材料的高pH会使许多包装膜降解。另一个问题是用硝酸盐控 制湿度时形成的腐蚀性气体。
[0011] 传湿量（moisture transfer capacity) (MTC)定义为在规定的相对湿度范围内， 传入或传出指定的控制系统（即设备、小袋等）的水分的量。例如，氯化钙、氯化镁或甘油 的水溶液可用来控制40% -60%之间的湿度，但MTC仅约为包装重量的15% -20%。另外， 采用固体基材（如硅胶）或吸水性有机聚合物（例如丙烯酰胺）的湿气控制系统可配制成 特定的相对湿度；然而，这些系统具有低传湿量的特征，对于维持受控的湿度环境来说用处 较小。显然，为了在一定的环境条件范围内维持所需的湿度，湿度控制系统的传湿量非常重 要。随着设备的传湿量增加，该设备提供所需湿气的能力也增加，从而维持所需湿度，以保 护所关注的木制品。
【发明内容】
[0012] 本发明提供了包（packet)或小袋形式的设备或容器，内装湿度控制溶液形式的 材料体系，在将木制品和博物馆文物置于通常封闭的环境中时，用来为这些物品提供最佳 水平的相对湿度。本发明公开了提供优异传湿量的优选体系，用来将相对湿度一般地控制 在木制品所需的40% -60%的临界范围内。所公开的配方在此范围内提供了优异的传湿 量，而不会造成不当腐蚀或包装降解。在优选的形式中，本发明采用与乙酸盐、乳酸盐或柠 檬酸盐混合的甲酸钠的饱和水溶液。这些溶液可装在各种聚合物膜中，所述聚合物膜允许 湿气通过而液体溶液不能通过，能够将密封容器如乐器盒或陈列橱里的相对湿度控制在 40% -60%之间。
[0013] 为了提高和控制黏度，在向这些湿度控制溶液中添加某些增稠剂。高黏度产品会 在包装存在缺陷时最大程度减少不利的溶液泄漏。上面引用的美国专利5, 936, 178公开了 许多可能的增稠剂。在本发明的材料中，优选的增稠剂包括羟乙基纤维素 （Natrosoi?)、 黄原胶、氧化铝（Aeroxide? )和气相法二氧化硅（Aerosil? )。这些增稠剂具有高分子 量，以低浓度添加，因而它们对上述设备的相对湿度控制仅有最小影响，同时大大增加溶液 的黏度。
[0014] 在一些实施方式中，本发明的湿度控制溶液或体系加入聚合物膜形成的小袋中， 所述聚合物膜是透气的，因而它们会传输湿气，但会装住溶液而不会漏液。水蒸气的传输用 水蒸气通过率（WVTR)度量，表示为标准测试条件下每24小时通过100平方英寸材料的水 的克数。它随所用膜的类型和膜的厚度变化。当然，传输的总湿气也取决于指定应用中接 触湿度控制溶液的膜的面积。研究表明，约10克水/100平方英寸/24小时的WVTR为本发 明的设备提供了良好结果。可采用的包装膜材料包括聚氯乙烯、聚乙烯纤维（ ΤΥ￥ΕΚ_ )、赛璐酚、聚碳酸酯、薄聚烯烃、定向聚苯乙烯、聚碳氟化合物或聚酯，如层压到合适的基材 如纸上的弹性体Hytrel?。小袋可包含聚酰胺尼龙膜如Capran?，苯乙烯-丁二烯共聚物 如K-Resin?，纤维素乙酸酯，聚对苯二甲酸乙二酯（Mylar? )，乙烯-乙酸乙烯酯或乙 烯-乙烯醇共聚物。
[0015] 然而，相对湿度控制设备不限于聚合物膜小袋。既能传输水蒸气又能保持液体的 任何容器或材料都能为本发明的湿度控制溶液提供合适的容器。
[0016] 本发明的一个方面是，湿度控制设备既能添加又能除去储存容器气氛中的水蒸 气，使控制设备中湿度控制溶液的水活度与储存容器的周围气氛达到平衡。溶质的具体选 择决定了具体设备或小袋的a wSRH"设定点"。指定的储存容器中可采用多个小袋。上述 设备可具有相同或不同的尺寸或容量和设定点。尽管l〇g水蒸气/l〇〇in 2/24小时的VTR提 供了良好的结果，可采用l_25g水蒸气/24小时的通用范围。指定设备的RH设定点和WVTR 均取决于湿度控制溶液的组成与包装膜的组成和厚度的组合。
【附图说明】
[0017] 在附图中：
[0018] 图1描绘了根据本发明用于湿度控制的典型的小袋；以及
[0019]图2描绘了将多个图1所示的小袋置于装有吉他的吉他盒里。
[0020] 发明详述
[0021] 以下详细描述本发明一个或多个实施方式的详述部分通过示例的方式提供，并不 意味着对发明范围的限制，因为本领域技术人员可以想到其他的组合和变化形式，它们也 落在本发明构思的范围内。
[0022] 本发明包含湿度控制设备，其包括具有壁的聚合物膜小袋，所述壁充分透气，允许 水以水蒸气的形式迀移通过所述膜，同时又足够厚且不渗液，以防液体漏出。一些优选实施 方式采用水性湿度控制溶液，其包括与乙酸钾或乳酸钠和增稠剂组合的甲酸钠，该增稠剂 例如是二氧化硅、羟乙基纤维素、氧化铝或黄原胶。所述溶液可包含过量溶质，即甲酸钠、乙 酸钾或乳酸钠，以增加所述设备从周围除去水蒸气的能力。
[0023] 所述聚合物膜小袋可制成为保持所需量的溶液所需要的任何尺寸或形状，该所需 量的溶液能够稳定要控制的环境的湿度。例如，维持吉他盒内湿度的典型设备是可渗透水 蒸气的枕状聚合物小袋，小袋中装有约70克控制溶液。这种小袋示于图1，标记为30。可 采用更大的小袋或多个小袋来控制较大空间的湿度，如用于陈列或储存艺术品或博物馆文 物的玻璃箱或金属箱。
[0024] 本发明的小袋可由能容纳溶液但具有充分的湿气通过率的任何聚合物材料制成。 诸如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺如尼龙、赛璐酚、乙烯-乙酸乙烯酯和聚酯如聚对 苯二甲酸乙二酯或:Hftrel?的材料已得到成功应用。优选的包装材料包含以商标Hyire! & 销售的热塑性聚酯弹性体。
[0025] 上述小袋材料的水蒸气通过率的优选范围是这样的范围：在小于10%相对湿度 的气氛中，在24小时的时间里，传出的湿气约为初始包装内容物总重的1% -40% ;而在大 于85%相对湿度的气氛中，在24小时的时间里，所述小袋吸收的湿气约为初始包装内容物 总重的1% -40%。最优选的是，所述小袋材料是这样一种材料：分别在10%相对湿度和 85 %相对湿度的气氛中，在24小时的时间里，传出和吸收的水蒸气约为初始包装内容物总 重的 1% -50%。
[0026] 优选的可渗透水蒸气的小袋材料包括含有聚合物材料的小袋，所述聚合物材料 是例如聚酯、ffytrel?.、聚氯乙烯、聚碳氟化合物、尼龙、聚乳酸酯、聚乙烯-乙烯醇、聚乙 烯-乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚乙烯、Suriynu、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚合物的组 合，或者能透过水蒸气但不能透过液态水的类似材料。符合基本标准的任何材料都可采用。 可根据需要透过水蒸气并阻挡液体的任何贮器均可采用。此外，湿气控制系统、密封小袋可 装在可渗透水蒸气的第二（外）小袋、包或其他容器中，目的是在主小袋泄漏的情况下提供 后备保护。
[0027] 根据要控制的环境的湿度，本发明所公开的溶液可包含15% -55%的水。利用甲 酸钠、乳酸钠和乙酸钾获得最佳湿度控制，一些制剂可包含过量的这些组分，通常是晶体形 式。虽然增稠剂不是控制湿度所需要或能发挥作用的，但湿度控制溶液可以增稠，以改善加 工并最大程度减少泄漏危险。尽管可以采用不同的增稠剂，但优选Aerasil? 200(Eronik) 形式的亲水性气相法二氧化硅和耐盐水的黄原胶（Danisct/ 3M)。黄原胶的用量范围是 0. 2% -0. 7%，Aerosil用量是约2. 5%，以获得约500-7000厘泊范围的所需黏度。
[0028] 对于湿度控制组合物而言，许多组合物的另一个缺点涉及放气，或者形成痕量气 体，如硫化氢、氧化硫、挥发性酸或氮氧化物，随着时间的过去，它们会腐蚀湿度控制设备要 保护的物品中的部件，如金属或织物。工业中有一项标准测试叫做欧迪（〇ddy)测试，它在 60°C的温度下将铅、铜和银暴露于湿度控制系统28天。任何有害的放气会腐蚀这些金属中 的一种或多种，使得相应的湿度控制设备对于许多应用而言不可接受。本发明的湿度控制 设备没有此缺陷，因为它们能够通过欧迪测试，对典型的使用环境相当温和。
[0029] 因此，用于湿气控制系统的优选材料包括一种水溶液，其含有选自甲酸钠和甲酸 钾的盐以及一种或多种另外的组分，所述另外的组分选自乳酸钠、乳酸钾、柠檬酸钠、柠檬 酸钾、乙酸钠和乙酸钾